納米粒子增強彈性體復(fù)合材料有限元分析及本構(gòu)方程研究.pdf

1、橡膠彈性體本構(gòu)理論是橡膠科學中非常重要的研究課題。在過去的一個多世紀中提出了一些本構(gòu)模型。隨著炭黑增強橡膠復(fù)合材料研究的深入，發(fā)現(xiàn)了高分子鏈和炭黑聚集體間相互作用一些新現(xiàn)象，如逾滲現(xiàn)象，這些現(xiàn)象需要用新理論進行描述。因此，探索增強彈性體復(fù)合材料新理論具有非常重要的意義。本研究的主要內(nèi)容如下:
　　(1)在近期發(fā)現(xiàn)的高分子鏈在炭黑聚集體表面的滑移現(xiàn)象及炭黑聚體間高分子鏈解縛現(xiàn)象的基礎(chǔ)上對炭黑填充橡膠的大分子網(wǎng)絡(luò)鏈組本構(gòu)模型進行了修正

2、，并對修正前后的本構(gòu)模型進行實驗檢驗，結(jié)果表明修正后本構(gòu)模型結(jié)果比修正前結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)的吻合效果更好。
　　(2)采用代表性體積單元(RVE)分析了粒子體積分數(shù)、粒子外形、粒子直徑及粒子分散對復(fù)合材料力學性能的影響。結(jié)果表明隨著炭黑粒子體積分數(shù)的增加，橡膠復(fù)合材料的模量逐漸增大;在一定范圍內(nèi)，粒徑越小對復(fù)合材料的增強越有利;粒子外形為球形、三棱柱、20面體及圓柱形對復(fù)合材料模量影響大小的排序是:三棱柱＞圓柱＞20面體＞球形;粒子分

3、散度越大，對應(yīng)的復(fù)合材料的模量越大。
　　(3)采用代表性體積單元(RVE)從細觀角度研究了納米級別炭黑粒子粒徑、分散度及粒子外形進行了正交仿真實驗研究，結(jié)果表明對復(fù)合材料力學性能影響大小的排序是:粒子體積分數(shù)＞粒子外形＞分散度。
　　(4)研究了炭黑粒子和橡膠基質(zhì)之間的界面層對復(fù)合力學性能的影響程度。研究表明，界面層厚度減小，會使復(fù)合材料的等效模量變小;厚度較小時，界面相對剛度影響較弱。界面相模量增加，復(fù)合材料等效模量也在